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应用Li/SOCl2电池是利用该系列的高比能量和长贮存寿命的优点。小电流放电的圆柱形电池可作为CMOS存储器、水、电等计量仪表和诸如高速公路过境自动电子交费系统(就是ETC系统,不过有一个更好的解决方案是用锂锰的软包电池代替)、程序逻辑控制器和无线安全报警系统等的无线电射频识别(RFID)器的电源(此项方案可用3V锂锰的扣式和软包电池代替)。因为这些锂电池的成本较高,同时这些电池的安全性依然受到特别的关注,而对其处理又有特别要求,因此在一般消费市场上的应用仍然受到限制。
下面是一些ABLE 锂亚硫酰氯电池的应用领域
检测仪表
热量计、自动仪表读数器AMR ---如水表气表或电表等汽车试验场检测仪地震测量仪石油钻探检测仪器资料记录器工业仪表航空导航系统油泵表出租车计价器
计算机电池
专门设计的电池可为实时时钟RTC 和文件配置提供电源广泛应用于各种个人计算机便携式计算机手提电脑和笔记本个人计算机个人计算机的按键激活开关
电信
功能电话、商用电话系统电传机无线寻呼系统编码设备无线电选频器
工业控制设备
生产程控 自动生产线控制
安全系统
无线报警器、烟雾警报器、险情按钮、电子锁和电子封盖
搜索及营救设备
紧急位置指示器无线电信标无线电险情信标紧急定位传送器雪崩救援传送器
监控系统
高压电线短路及超载指示器远程射频控制设备夜视装备
商用机械设备
现金收款机复印机地址打印机邮资计费器自动售卖机
物体辨别系统
农场管理系统公共交通监控系统汽车生产线控制系统交通流量控制系统自动标签识别系统
科学检测仪器
海洋水流测量表气象浮标气球载无线电测空仪生物遥测仪
电子医疗设备
心电图仪外部心脏起搏器氧气流量计助听器X 射线机械控制设备
娱乐电子设备
高保真无线调谐器 编程频率调谐器弹子游戏机:电子合成音响装置
Li/SOCl2电池由锂负极、碳正极和一种非水的SOCl2:LiAlCl4电解质组成。亚硫酰氯既是电解质,又是正极活性物质。其他的电解质盐,例如LiAlCl4,在特殊设计的电池中使用过,但电解液配方不同,电极性能就不同。负极、正极和SOCl2的成分要根据电池预期获得的性能,由制造商选定。
一般公认的总反应机理为:
4Li 2SOCl2→4LiCl S↓ SO2
硫和二氧化硫溶解在过量的亚硫酰氯电解液中,而且在放电期间,由于产生二氧化硫,会有一定程度的压力产生。在贮存期间,锂负极一经与电解质接触,就与亚硫酰氯电解质反应生成LiCl,锂负极即受到在其上面形成的LiCl膜的保护。这一钝化膜有益于延长电池的贮存寿命,但在放电开始时会引起电压滞后,在高温下长期贮存后的电池,在低温下放电,其电压滞后现象尤其明显。
电解质低的冰点(—110℃)和高的沸点(78.8℃)使得电池能够在一个宽广的温度范围内工作,随着温度的下降,电解质的电导率只有轻微的减少。 Li/SOCl2电池在某些组分是有毒和易燃的,因此应避免分解电池或将排气阀已打开的电池和电池组分暴露到空气中。
碳包式圆柱形电池
Li/SOCl2碳包式电池已符合ANSI标准的尺寸制成圆柱形。这些电池是为低、中等放电率放电设计的,不得高于C/100率放电,它们具有高比能量,例如,ABLE D型电池已3.5V的电压释放出19.0Ah的容量,与此相比,传统的碱性锌/二氧化锰电池已1.5V的电压只能释放出15Ah的容量。
(1)结构 负极由锂片制成,倾靠在不锈钢外壳的内壁上:隔膜有非编织玻璃丝布制成:正极由聚四氟乙烯粘结的炭黑组成,呈圆柱状,有极高的孔隙率,并占据了电池的大部分体积。电池为气体密封性结构,而正极柱采用玻璃-金属封接绝缘子。这些低自放电率电池可以装一个安全阀,但也可以没有安全阀,这由制造厂家根据电池结构而定。
(2)性能 Li/SOCl2电池的开路电压为3.65V;典型的工作电压范围在3.3~3.6V之间(至终止电压3V)。图给出了ABLE D型Li/SOCl2电池的典型放电曲线。在较宽广的温度范围内核低至中等放电率下放电,ABLE Li/SOCl2都具有平坦的放电曲线和优良的性能,能在极高的温度下很好的工作。
螺旋卷绕式圆柱形电池
使用螺旋卷绕式(以下简称卷绕式)电池结构设计是为了获得中等到高放电率Li-SOCl2电池而设计的。这些电池主要是为了满足军用目的而设计的,如有大电流输出和低温工作等需要的场合。有同样使用要求的工业领域也仍然在使用这类电池。
这类电池的典型结构是这样的:电池壳是由不锈钢拉伸而成的;正极极柱使用耐腐蚀的玻璃-金属封接缘子;电池盖用激光封接或焊接以保证电池的完全密封。安全装置,例如,泄露孔、熔断丝或者PTC器件等都安装在电池内部以保护电池有内部高气压和外部短路时电池结构的安全。
这类电池在中等电流下放电性能相对于碳包式电极性能要更好以下。
锂亚电池和锂电池的区别: 锂亚硫酰氯电池化学名称为Li − SOCl2, 简称为锂亚电池。 由于其特殊的...
锂硫电池以硫为正极反应物质,以锂为负极。放电时负极反应为锂失去电子变为锂离子,正极反应为硫与锂离子及电子反应生成硫化物,正极和负极反应的电势差即为锂硫电池所提供的放电电压。在外加电压作用下,锂硫电池的...
锂电池相对较好。因为纯锂电池是没有记忆电的 镍电池有,锂电池出厂时已经激活了 不需要你在做其他什么操作正常使用就行了。而且锂镍电池不放完电就充电很影响使...
采用PI/PTFE复合隔膜的Li/SOCl2电池的性能
制备了一种具有超薄、高吸液率和良好热稳定性的Li/SOCl2电池用聚酰亚胺(PI)/聚四氟乙烯(PTFE)复合隔膜.通过SEM、同步热分析(STA)、吸液率及恒电流放电等方法,研究PI、玻璃纤维(GF)和PTFE隔膜的结构、热稳定性和吸液性能,以及复合隔膜对Li/SOCl2电池输出电压的影响.相对于采用GF/GF隔膜的电池,采用PI/PTFE复合隔膜的电池输出电压提升了0.130 V,热生成速率降低了39.4%.
高温Li/SOCl2电池及其作为钻探设备电源的应用
介绍了高温Li/SOCl2电池的特性,分析了高温Li/SOCl2电池可能出现的不良状况及其在钻探设备的井下仪器仪表中的使用条件,讨论了电池的滞后特性和安全性能对钻探设备中井下仪器仪表正常工作的影响,介绍了地质钻探工程设备中科学地使用高温Li/SOCl2电池的方式、方法和条件。
代号 |
化学成份 分类 |
正极 |
电解液 |
负极 |
公称 电压 |
附注 |
B |
锂-氟化石墨电池 |
氟化石墨(一种氟化碳) |
非水系有机电解液 |
锂 |
3.0V |
|
C |
锂-二氧化锰电池 |
热处理过的二氧化锰 |
高氯酸锂非水系有机电解液 |
锂 |
3.0V |
最常见的一次性3V锂电池,常简称锂锰电池 |
E |
锂-亚硫酰氯电池 |
亚硫酰氯 |
四氯铝酸锂非水系有机电解液 |
锂 |
3.6V或3.5V |
|
F |
锂-硫化铁电池 |
硫化铁 |
非水系有机电解液 |
锂 |
1.5V |
可用来替代一般1.5V碱性电池,常简称锂铁电池 |
G |
锂-氧化铜电池 |
氧化铜 |
非水系有机电解液 |
锂 |
1.5V |
锂硫电池主要存在三个主要问题:1、锂多硫化合物溶于电解液;2、硫作为不导电的物质,导电性非常差,不利于电池的高倍率性能;3、硫在充放电过程中,体积的扩大缩小非常大,有可能导致电池损坏。
锂硫电池存在的问题主要有:
第一、单质硫的电子导电性和离子导电性差,硫材料在室温下的电导率极低(5.0×10-30S·cm-1),反应的最终产物Li2S2和Li2S也是电子绝缘体,不利于电池的高倍率性能
第二、为锂硫电池的中间放电产物会溶解到有机电解液中,增加电解液的黏度,降低离子导电性。多硫离子能在正负极之间迁移,导致活性物质损失和电能的浪费。(Shuttle效应)。溶解的多硫化物会跨越隔膜扩散到负极,与负极反应,破坏了负极的固体电解质界面膜(SEI膜)。
第三、锂硫电池的最终放电产物Li2Sn(n=1~2)电子绝缘且不溶于电解液,沉积在导电骨架的表面;部分硫化锂脱离导电骨架,无法通过可逆的充电过程反应变成硫或者是高阶的多硫化物,造成了容量的极大衰减。
第四、硫和硫化锂的密度分别为2.07和1.66g·cm-3,在充放电过程中有高达79%的体积膨胀/收缩,这种膨胀会导致正极形貌和结构的改变,导致硫与导电骨架的脱离,从而造成容量的衰减;这种体积效应在纽扣电池下不显著,但在大型电池中体积效应会放大,会产生显著的容量衰减,有可能导致电池的损坏,巨大的体积变化会破坏电极结构
第五、锂硫电池使用金属锂作为负极,除了金属锂自身的高活性,金属锂负极在充放电过程会发生体积变化,并容易形成枝晶。
第六、锂硫电池实验室规模的研究开展较多,单位面积上硫载量一般都在3.0mg·cm-2以下,开展高负载量极片的研究对于获得高性能锂硫电池具有重要价值。
图1.锂硫正极结构独特的原位包裹策略示意图:(a)无包裹的碳/硫材料。(b)完美包裹的碳/硫材料(在电池组装之前)。(c)包裹层有缺陷的碳/硫材料(在电池组装之前)。(d)原位包裹的碳/硫材料。
图2.(a)原位包裹流程图。(b)无包裹的碳/硫材料,(c)包裹层有缺陷的碳/硫材料和(d)原位包裹的碳/硫材料的透射电镜图片。(e)原位包裹的原位包裹的碳/硫材料的长循环性能图。
随着社会和科技的发展,人类对电化学储能技术的需求日益增大,研究人员都在寻找具有更高比能量的下一代二次电池。锂硫电池以硫为正极活性物质,基于硫与锂之间的可逆电化学反应来实现能量储存和释放,其理论质量比能量可达到2600 Wh/kg,是目前锂离子电池的3至5倍,有望被应用于动力电池、便携式电子产品等领域,但内部的多硫化物穿梭效应造成循环寿命短的问题将限制其将来的实际应用。
近日,中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员陈立桅课题组在锂硫电池正极材料的研究中取得新进展。研究人员展示了一种不同于常规的硫正极材料包裹的新策略。常规的包覆策略是在硫正极材料颗粒外制备一个包覆层,然后将此材料制备成正极并与电解液等搭配组装成电池。常规包覆策略存在一个难以克服的矛盾:如果材料颗粒在组装电池之前已覆有完美的包覆层,则电解液将难以扩散进材料内部,从而导致内部的硫无法参与充放电过程;而如果材料未被完美包覆,则充放电过程中的中间产物多硫化物仍将从正极材料中扩散出来,造成穿梭效应。在此新工作中,研究人员预先在碳/硫复合颗粒上生长一层不完美的含孔的预包覆层(在材料制备过程中完成),后将由此材料制备而成的正极与含有特殊添加剂的电解液一起组装成电池。在电解液浸润碳/硫颗粒的同时,添加剂将与预包覆层发生反应,从而在颗粒外部原位形成致密的包覆层。
这种原位包覆策略避免了常规手段的弊端,既实现了电解液与材料的浸润,同时又限制了多硫化物的扩散。研究结果表明,采用此新包覆策略的锂硫电池的库仑效率和循环寿命得到显著提升。其组装的电池在高放电倍率的条件下呈现出极好的循环稳定性,在1C的电流密度下循环1000次,单次循环的容量衰减率仅为0.03%。相关结果已发表在Nature Communications(8,479,2017)上。
该项工作得到了中科院战略性先导科技专项、科技部重点研发计划、国家自然科学基金的支持。
文章来源:苏州纳米技术与纳米仿生研究所